Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физиология адаптационных процессов. Учебное пособие
.pdf
статок кислорода в среде в противоположность факторам, вызывающим двигательную активность, первично не действует на экстерорецепторы, а незаметно, исподволь, вторгается во внутреннюю
среду, приводя к гипоксемии и тем самым нарушая гомеостаз. Только после возникновения гипоксемии недостаток кислорода начинает действовать как раздражитель на хеморецепторы аортально-каротидной зоны, непосредственно на центры, регулирующие дыхание
и кровообращение, а также на другие органы и вызывает таким способом по меньшей мере три связанных между собой комплекса явлений.
Во-первых, под влиянием гипоксемии возникает увеличение
функции систем, специфически ответственных за транспорт кислорода из окружающей среды в организм и его распределение внутри
организма, т. е. гипервентиляция легких, увеличение минутного объема сердца, расширение сосудов мозга и сердца, сужение сосудов
органов брюшной полости и мышц, как следствие – повышение артериального давления и т. п.
Во-вторых, развивается активация САС и ГГНС, т. е. стресс-
реакции. Этот неспецифический компонент адаптации играет роль
в мобилизации аппарата кровообращения и внешнего дыхания, но
вместе с тем проявляется резко выраженным катаболическим эффектом, т. е. отрицательным азотистым балансом, потерей веса, атрофией жировой ткани и т. д.
Наконец, третий комплекс явлений состоит в том, что, ограничивая ресинтез АТФ в митохондриях, острая гипоксия вызывает прямую депрессию функции ряда систем организма, и прежде всего высших отделов головного мозга, что проявляется нарушениями интеллектуальной и двигательной активности.
Это сочетание мобилизации систем, специфически ответственных за транспорт кислорода, и не специфической стресс-реакции
с нарушением функции аппарата, контролирующего поведение
и движение, составляет синдром, характеризующий первую стадию
срочной, но во многом неполной адаптации к гипоксии.
2-я стадия. В переходной стадии адаптации дефицит богатых
энергией фосфорных соединений в клетках систем, осуществляющих увеличенную функцию и подвергающихся действию гипоксемии, вызывает активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков. Эта
активация биосинтеза охватывает в процессе адаптации к гипоксии
необычайно широкий круг органов и систем и приводит к формированию обширного системного структурного следа, обладающего разветвленной архитектурой. Так, в костном мозге активируется пролиферация клеток эритроидного ряда, в результате развиваются
адаптационная полицитемия и увеличение кислородной емкости
181
крови. В клетках легочной ткани осуществляется гипертрофия легких
и увеличение их дыхательной поверхности. В сердечной мышце развивается комплекс изменений, весьма близкий к тому, который наблюдается при физической нагрузке, т. е. к увеличению мощности адренергической регуляции сердца, значительному увеличению концентрации
миоглобина, пропускной способности коронарного русла, а в целом –
к увеличению мощности системы энергообеспечения сердца.
Активация синтеза нуклеиновых кислот и белков в головном мозге также закономерно реализуется при адаптации к гипоксии и играет роль в развитии структурных изменений, которые дают мозгу возможность извлекать из гипоксемической крови необходимое количество кислорода.
Существенно, что в процессе активации синтеза нуклеиновых
кислот и белков наряду с другими структурами образуются митохондрии и мультиэнзимные комплексы гликолиза, т. е. структуры, непосредственно ответственные за процесс преобразования энергии
в доступную для функции форму АТФ.
Сочетание этой системной активации биосинтеза с убывающими,
но еще сохранившимися проявлениями срочной адаптации составляет характерную черту переходной стадии.
3-я стадия устойчивой адаптации характеризуется завершением
формирования системного структурного следа. Причем архитектура
этого следа характеризуется несколькими чертами, которые играют
решающую роль как в адаптации к гипоксии, так и в использовании
этой адаптации с целью профилактики.
Первая черта такого рода состоит в увеличении мощности и одновременно экономичности функционирования аппарата внешнего
дыхания и кровообращения. Рост дыхательной поверхности легких,
емкости грудной клетки и мощности дыхательной мускулатуры увеличивает объем вдоха и коэффициент утилизации кислорода из вдыхаемого воздуха. В результате первоначальная гипервентиляция
уменьшается и организм получает необходимый кислород при сравнительно меньшей частоте дыхания.
Увеличение массы сердца при адаптации к гипоксии сочетается
с увеличением в 1,5–2 раза емкости коронарного русла, повышением концентрации миоглобина и количества митохондрий в миокарде, т. е. с увеличением мощности системы.
Вместе с тем наблюдаемые при адаптации полицитемия и увеличение кислородной емкости крови приводят к тому, что необходимый кислород может быть доставлен к тканям при меньшем минутном объеме; такое же экономизирующее значение может иметь при
адаптации увеличение способности тканей экстрагировать кислород
из протекающей крови. В итоге более мощное сердце функционирует в экономном режиме, а значит, обладает большим резервом.
182
Вторая черта системного структурного следа при адаптации к гипоксии состоит в том, что она обеспечивает снижение основного обмена и экономное использование кислорода тканями. Действительно,
установлено, что при длительной адаптации к гипоксии развивается
некоторое уменьшение выделения тиреотропного гормона гипофиза,
уменьшение выделения тиреоидных гормонов и развитие в щитовидной железе структурных изменений, свидетельствующих о гипофункции. Одновременно у людей и животных наблюдается снижение основного обмена организма, проявляющееся также в снижении потребления кислорода отдельными органами, например сердцем.
Факт снижения потребления кислорода сердцем при неизменной
внешней работе имеет важное значение. Он свидетельствует о том,
что при адаптации возрастает эффективность использования кислорода для сократительной функции. Иными словами, люди имеют
сердце, которое потребляет на 30–40% меньше кислорода, но совершает обычную работу.
Третья и весьма важная черта адаптации к высотной гипоксии
состоит в глубоких изменениях нервной регуляции, выраженных как
для высших отделов нервной системы, так и для регуляции кровообращения. Активация синтеза нуклеиновых кислот и белков, сохраняющаяся в головном мозге на стадии устойчивой адаптации, сопровождается увеличением степени сохранения условных рефлексов,
ускоренным переходом кратковременной памяти в долговременную
и, что особенно важно, увеличением устойчивости мозга к чрезмерным раздражителям, конфликтным ситуациям, к эпилептогенам,
галлюциногенам и т. д.
На уровне вегетативной, и в частности адренергической, регуляции при сформировавшейся адаптации к гипоксии также развиваются изменения. Важным изменением такого рода является увеличение мощности адренергической регуляции работы сердца, выражающееся гипертрофией симпатических нейронов, увеличением
количества симпатических волокон в миокарде, а также отмеченным
уже увеличением интенсивности и уменьшением длительности инотропного ответа сердца на норадреналин. Это явление сочетается со
снижением миогенного тонуса резистивных сосудов и уменьшением
их реакции на норадреналин. Такие изменения адренергической регуляции сердца и сосудистого русла обеспечивают положение, при
котором увеличение минутного объема во время поведенческих реакций, во-первых, быстрее реализуется и завершается, а во-вторых,
сопровождается меньшим повышением артериального давления, т. е.
в целом является более экономным.
Четвертая черта системного структурного следа при адаптации
к гипоксии предопределяет важные изменения в регуляции водносолевого обмена и сосудистого тонуса. Существо явления состоит
183
в том, что при адаптации к гипоксии развиваются частичная атрофия
супраоптического ядра гипоталамуса, ответственного за образование
антидиуретического гормона – вазопрессина, и достаточно выраженная атрофия клубочковой зоны надпочечников, которая осуществляет секрецию альдостерона. Эта адаптационная гипофункция
супраоптического ядра и адаптационный гипоальдостеронизм закономерно сопровождаются стабильным снижением резерва натрия
и воды в организме. Иными словами, содержание натрия и воды
в организме адаптированных к гипоксии людей и животных стабильно уменьшено, отношение K/Na в плазме, эритроцитах, сосудистой
стенке, наоборот, несколько увеличено.
Такие сдвиги водно-солевого обмена в соответствии с современными представлениями об ионном транспорте могут сочетаться
с уменьшением содержания кальция в клетках сосудов и в этом слу
чае должны приводить к снижению миогенного компонента сосуди
-
стого тонуса. Снижение содержания кальция в мускулатуре сосудов
при адаптации к гипоксии пока не доказано, но снижение миогенного компонента сосудистого тонуса по мере развития адаптации
даже к умеренной гипоксии, как только что было сказано, существует. Таким образом, адаптационная гипосекреция антидиуретического гормона, гипоальдостеронизм, уменьшение резерва натрия и воды, снижение миогенного компонента сосудистого тонуса составляют существенную черту адаптации к гипоксии.
Пятая черта системного структурного следа в настоящее время
может быть сформулирована лишь предположительно и состоит
в увеличении мощности тормозных и модуляторных систем организма, которые на уровне головного мозга синтезируют такие тормозные
медиаторы, как ГАМК, глицин, дофамин, энкефалины, а на уровне
других тканей представлены системами простагландинов, антиоксидантов и т. д. В дальнейшем этот вопрос обсуждается подробнее.
Реализация системного структурного следа адаптации к гипоксии
с его отмеченными чертами обеспечивает уменьшение степени гипоксемии, уменьшение гипервентиляции до весьма скромной степени, устранение мобилизации системы кровообращения, полное устранение стресс-синдрома, снижение до некоторого минимума активации синтеза нуклеиновых кислот и белков в системах транспорта
кислорода, устранение нарушений интеллектуальной и двигательной
активности. Эта стадия устойчивой адаптации может сохраняться
в течение многих лет и лишь при чрезмерно большой гипоксии и некоторых других обстоятельствах переходит в четвертую стадию истощения, которая оценивается обычно как хроническая горная болезнь.
4-я стадия. Хроническая горная болезнь обозначена как потеря
естественной адаптации людьми, которые родились и всегда жили
в горах. Главные проявления многих случаев этого заболевания –
184
резкое усиление адаптационных сдвигов на этапе транспорта кислорода от легких к тканям, а именно: дополнительная активация эритропоэза, обнаруживаемая при биопсии костного мозга; прогрессирующая полицитемия и гиперфункция сердца, выражающаяся
в дополнительном увеличении минутного объема, нарастающей гипертонии малого круга и необычно большой для горцев гипертрофии
правого желудочка. Одновременно развиваются артериальная гипотония и резкая утомляемость.
Исследования свидетельствуют о том, что фактически при хронической высотной болезни горцев события развертываются в следующем порядке – у больных наблюдается гиповентиляция, которая
компенсируется усилением кроветворения и кровообращения. При
исследовании механизма этой гиповентиляции установлено, что
у больных хронической горной болезнью существенно снижена степень гипервентиляции, возникающей в ответ на введение углекислоты, т. е. уменьшена чувствительность дыхательного центра по отношению к СО
Было доказано, что изнашивание нейронов дыхательного центра
составляет основной патогенетический механизм хронической высотной болезни. При адаптации к гипоксии дыхательный центр осуществляет умеренную, но непрерывную гиперфункцию и является
объектом действия гипоксемии. Оба эти фактора через один и тот же
механизм активируют генетический аппарат дифференцированных
клеток вообще и нейронов в частности, они вызывают там активацию синтеза нуклеиновых кислот и белков. Эта активация не является бесконечной и может закончиться исчерпанием способности
нейронов ресинтезировать РНК и белки, т. е. истощением.
В плане нашего изложения существенно, что адаптация к гипоксии реализуется через те четыре стадии, которые были постулированы выше как основные стадии развития любой фенотипической
адаптации; в стадии устойчивого приспособления наблюдается более
экономичное функционирование ответственной за адаптацию системы и заключительная стадия изнашивания реализуется, повидимому, через общий для многих адаптаций патогенетический механизм локального изнашивания.
.
2
12.3. Адаптация к гипоксии как фактор
повышения резистентности
Разветвленный структурный след, в той или иной мере охватывающий все органы и ткани, является причиной того, что адаптация
к гипоксии сопровождается повышением резистентности организма
ко многим другим факторам. В настоящее время показано, что
185
стадия устойчивой адаптации к гипоксии, возникшая в результате
длительного пребывания в условиях умеренной высоты или сформировавшаяся в результате периодического действия гипоксии в условиях барокамеры, может быть использована в целях профилактики экспериментальных заболеваний кровообращения и мозга.
Под этим углом зрения следует оценивать данные о влиянии
предварительной адаптации к гипоксии на развитие недостаточности сердца при экспериментальном пороке сердца и инфаркте миокарда.
В условиях аварийной стадии компенсаторной гиперфункции
и острой недостаточности сердца концентрация КФ в миокарде крыс
падает более чем в 2 раза; у крыс, предварительно адаптированных
к высотной гипоксии и обладающих мощной системой энергообеспечения, КФ почти не падает. В аварийной стадии компенсаторной
гиперфункции сердца в миокарде животных в 2,5 раза уменьшена
концентрация норадреналина, в то время как у животных, предварительно адаптированных к гипоксии и обладающих мощным аппаратом адренергической регуляции, это уменьшение выражено значительно меньше и находится на грани достоверности. В аварийной
стадии компенсаторной гиперфункции сердца дефицит богатых
энергией фосфорных соединений и снижение концентрации катехоламинов в миокарде сопровождаются резким уменьшением максимальной силы сокращения в изометрическом режиме – максимальное систолическое давление при пережатии аорты снижено более чем в 2 раза. У животных, предварительно адаптированных
к гипоксии, этот дефект сократительной функции гораздо меньше
и находится на грани достоверности.
При ишемическом некрозе миокарда профилактический эффект
адаптации к гипоксии также выражен весьма определенно. Установлено, что профилактический эффект предварительной адаптации
при ишемическом некрозе миокарда реализовался не только через
уменьшение площади некроза, но также через более совершенную
компенсаторную гиперфункцию уцелевших отделов миокарда и, возможно, через такой экстракардиальный фактор, как более экономное использование организмом кислорода. Иными словами, в этом
профилактическом эффекте главную роль сыграло развивающееся
при адаптации к гипоксии сочетание увеличения мощности сердечной мышцы с экономным использованием кислорода организмом.
Не менее важную роль в профилактике организма при адаптации
к гипоксии могут сыграть другие черты системного структурного следа, а именно: изменение, обеспечивающее повышение резистентности мозга к чрезвычайным раздражителям; увеличение мощности
модуляторных и тормозных систем. Этот комплекс сдвигов имеет
186
наиболее существенное значение для предупреждения стрессорных
повреждений.
До самого последнего времени нарушения метаболизма и сократительной функции сердца при эмоциональном стрессе охотно постулировались всеми, но никем не были изучены. В настоящее время
выяснилось, что после перенесенного эмоционально-болевого стресса в сердечной мышце происходят активация свободнорадикального окисления липидов и лабилизация лизосом. В результате действия
перекисей липидов и лизосомных ферментов происходит повреждение мембранных структур, проявляющееся в нарушении транспорта
кальция. Одновременно развиваются снижение содержания катехоламинов в миокарде и нарушения сократительной функции сердца.
Здесь целесообразно обсудить данные, свидетельствующие о том,
что предварительная адаптация к гипоксии в значительной мере
предупреждает стрессорные повреждения сердца.
У адаптированных животных содержание норадреналина под влиянием ЭБС не уменьшилось – адаптация предотвратила уменьшение
резерва катехоламинов в миокарде. Одновременно с таким предположительным снижением адренергического эффекта адаптация к гипоксии предупреждает наблюдаемую при стрессе активацию перекисного окисления липидов в миокарде.
Оценивая механизм этого явления, следовало иметь в виду, что
адаптация к гипоксии защищает сердце не только от стрессорных
повреждений, но и от больших доз синтетического аналога норадреналина изопротеренола. Это позволило предположить, что в повышении резистентности сердца к катехоламинам, и в частности в механизме, препятствующем адренергической активации перекисного
окисления при стрессе, важную роль могут играть факторы, локализованные в самом сердце. Одним из факторов такого рода являются
антиоксидантные системы клеточных мембран: супероксиддисмутаза, глютатионпероксидаза, каталаза, а также наличие α-токоферола
и т. д. На этой основе, установив отсутствие активации перекисного
окисления при стрессе у адаптированных к гипоксии животных,
можно было предположить, что при адаптации к гипоксии повышена мощность антиоксидантных систем организма.
Анализ механизмов повышения резистентности организма к стрессорным повреждениям является предметом изложения далее, но сам
факт, что адаптация может быть использована для профилактики
стрессорных повреждений, по-видимому, не вызывает сомнений.
Важную роль в процессе использования адаптации к гипоксии с
целью профилактики играет рассмотренный выше компонент этой
адаптации, который состоит в гипосекреции антидиуретического
гормона – гипоальдостеронизме, стабильном уменьшении резерва
187
натрия и воды, снижении миогенного тонуса и адренореактивности
артерий. В свое время было отмечено, что этот комплекс сдвигов во
многих отношениях противоположен тому, что наблюдается при гипертонической болезни человека и всех формах экспериментальной
гипертонии у животных. На этом основании адаптация к периодическому действию гипоксии в условиях барокамеры была использована для профилактики экспериментальной гипертонии.
В настоящее время интенсивно изучается спонтанная наследственная гипертония (СНГ), которая по патогенезу весьма близка к
гипертонической болезни человека и проходит в своем развитии стадии предгипертонии, ранней гипертонии и развитой гипертонии.
Очевидно, оценка профилактического эффекта адаптации к гипоксии на этой модели весьма существенна для кардиологии.
Оценивая вероятный механизм профилактического эффекта
адаптации к гипоксии при СНГ, следует иметь в виду, что в патогенезе этой формы гипертонии выявлены по меньшей мере три звена.
1. При СНГ происходит повышение активности адренергической
регуляции, выражающееся увеличением концентрации катехоламинов в надпочечниках и увеличением их спонтанного выделения. Одним из следствий этой активации САС является доказанное при СНГ
повышение функции щитовидной железы. Существенная роль этого
комплекса изменений в патогенезе СНГ вытекает из того факта, что
произведенная на раннем этапе онтогенеза иммунологическая симпатэктомия или же тиреоидэктомия предотвращает развитие СНГ.
2. При СНГ развивается синдром гиперальдостеронизма, выражающийся увеличением секреции альдостерона и повышением солевого аппетита. Одновременно при СНГ наблюдаются активация
функции и гипертрофия ядер гипоталамуса, которые ответственны
за секрецию антидиуретигенного гормона. В соответствии с этим при
СНГ наблюдается увеличение содержания в организме Na и воды, а
добавление NaCl в пищу потенцирует развитие СНГ.
3. При СНГ снижена активность АТФазы саркоплазматического
ретикулума клеток гладкой мускулатуры сосудов. Это закономерно
сопровождается увеличением содержания кальция в клетках гладкой
мускулатуры сосудов, что является непосредственной причиной
повышения степени тонического сокращения гладкой мускулатуры
и артериального давления при СНГ.
Взаимосвязь трех указанных звеньев в патогенетической цепи
СНГ не ясна. Наряду с традиционным взглядом на то, что возбуждение высших отделов нервной системы активирует адренергическую
регуляцию и последовательно включает все три звена процесса, постулирована и противоположная возможность, которая состоит в
том, что генетический дефект мембраны и нарушение функциони-
188
рования Na–К-АТФазы влечет за собой в качестве компенсаторной
реакции изменения регуляции сосудистого тонуса, составляющие
основу гипертонии.
Объяснение профилактического эффекта адаптации к гипоксии
при СНГ и других формах гипертонии в первом приближении может
быть дано до того, как будет решен центральный вопрос патогенеза
этого заболевания. Такая возможность определяется тем, что адаптация к гипоксии закономерно приводит к развитию в регуляторных
системах структурных изменений, которые по своему существу противоположны изменениям, составляющим основные звенья патогенеза гипертонии. Так, при сформировавшейся адаптации к гипоксии
снижается активность симпатической нервной системы и развивается снижение функции щитовидной железы. Также закономерны
при адаптации к гипоксии развитие гипоальдостеронизма, проявляющегося в снижении синтеза альдостерона и частичной атрофии
клубочковой зоны коры надпочечников, снижение активности и
уменьшение размеров супраоптических ядер гипоталамуса. В итоге
этих изменений регуляции в организме адаптированных животных
наблюдаются устойчивое снижение резерва Na и воды и уменьшение
концентрации Na в тканях.
Этот сдвиг в регуляции водно-солевого обмена является причиной профилактического эффекта гипоксии и адаптации к ней при
наследственной гипертонии животных. С таким взглядом согласуются результаты экспериментов, в которых было сопоставлено влияние
воспроизводившейся в барокамере гипоксии на диурез и натрийурез
у контрольных животных и крыс с наследственной гипертонией.
Установлено, что повышенная чувствительность крыс линии СНГ
к натрийуретическому действию гипоксии играет роль профилактического эффекта длительной гипоксии при наследственной гипертонии. Такое понимание антигипертонического эффекта адаптации
к гипоксии согласуется с положением, что натрийуретики и ограничение приема натрия с пищей успешно используются для лечения
гипертонической болезни человека.
Адаптация к гипоксии блокирует реализацию основного патогенетического звена СНГ и тем самым предотвращает повышение ар
териального давления. Реализация генетически детерминированного заболевания оказывается существенно заторможенной благодаря
своевременным, специально направленным изменениям среды, в
которой живет организм.
Оценивая изложенные материалы о профилактическом действии
адаптации к гипоксии при заболеваниях кровообращения, следует
подчеркнуть, что они в основном совпадают с результатами эпидемиологических исследований, которые свидетельствуют о том, что
-
189
у жителей гор уровень артериального давления и содержание холестерина в крови ниже, значительно реже встречаются и мягче протекают гипертоническая болезнь и инфаркт миокарда. На основании
рассмотренной совокупности данных рекомендовано использование
адаптации к периодическому действию гипоксии в условиях барокамеры для профилактики некоторых заболеваний кровообращения
человека.
Адаптация к гипоксии, как выяснилось, повышает резистентность организма не только к факторам, вызывающим заболевания
системы кровообращения. В последние годы оказалось, что такая
адаптация в эксперименте и клинике способна тормозить развитие
некоторых аллергических заболеваний и связанных с ними иммунодефицитных состояний.
Известно, что в противоположность острой гипоксии, которая
подавляет иммуногенез, адаптация к гипоксии активирует его. Так,
у людей, постоянно живущих в горах, и у животных, адаптированных
к периодическому действию умеренной гипоксии, усилен иммунный
ответ на бактериальные антигены и повышен уровень иммуноглобулинов сыворотки крови.
Адаптация к высотной гипоксии ведет, во-первых, к повышению
лизоцимной активности сыворотки крови, во-вторых, к усилению
иммунного ответа к эритроциту барана и, в-третьих, предотвращает угнетение иммунного ответа.
Эти наблюдения о влиянии адаптации к гипоксии на процессы
регуляции соответствуют данным о глубоком влиянии этого фактора на регуляцию процесса кровообращения и весьма важным данным
о влиянии такой адаптации на высшие уровни регуляции, детерминированные корой головного мозга. Этот последний пример адаптации важен и рассматривается на основе общих закономерностей
высших адаптационных реакций организма.
В целом данные, полученные при экспериментальной профилактике, создают предпосылку для клинико-физиологической разработки вопроса об использовании адаптации к периодическому воздействию гипоксии с целью предупреждения болезней человека. При
проведении такого рода исследований следует иметь в виду важное
значение дозы гипоксического воздействия, так как речь идет о сильно действующем факторе, при передозировке которого возможны
отрицательные последствия.
Один из принципов дозировки гипоксии, который вполне осуществим при использовании барокамер, состоит в таком постепенном увеличении «высоты» и длительности «подъемов», чтобы свести
до минимума явления, характеризующие начальную, аварийную стадию
адаптации, растянуть во времени переходную стадию и получить вы-
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]